Souder et assembler les composants
Introduction au module
Le soudage et l'assemblage constituent le cœur du métier de boilermaker. Ce chapitre couvre les procédés de soudage utilisés sur les chantiers, les techniques d'assemblage mécanique, les normes canadiennes applicables, ainsi que les calculs et inspections requis pour garantir l'intégrité des joints. Vous devez maîtriser ces notions pour réussir l'examen Sceau rouge et pour travailler en toute sécurité dans l'industrie.
Procédés de soudage : principes et applications
Soudage à l'arc électrique avec électrode enrobée (SMAW)
Le SMAW (Shielded Metal Arc Welding), aussi appelé soudage à la baguette, est le procédé le plus utilisé par les boilermakers. Il utilise un arc électrique établi entre une électrode consommable enrobée et le métal de base. L'enrobage fond pour former un laitier protecteur qui empêche l'oxydation du bain de fusion.
Paramètres essentiels :
Courant : continu (CC+) ou alternatif (CA), selon l'électrode
Polarité : la polarité inverse (CC+) donne une pénétration plus profonde
Intensité : 90 à 130 A pour une électrode de 3,2 mm (1/8 po)
Vitesse de déplacement : doit être constante pour éviter les inclusions de laitier
Électrodes courantes :
| Classification AWS | Type d'enrobage | Position | Usage typique |
|---|
| E6010 | Cellulosique sodique | Toutes positions | Racines, tuyauterie, pénétration profonde |
| E6011 | Cellulosique potassique | Toutes positions | Travaux sur courant alternatif |
| E7018 | Basique hydrogène faible | Toutes positions | Acier de construction, joints critiques |
| E7024 | Rutile fer en poudre | À plat | Remplissage rapide, tôles fortes |
Règle d'or : les électrodes E7018 doivent être conservées dans un four à électrodes à 120 °C minimum. Toute électrode humide doit être re-séchée à 260 °C pendant 1 heure, sinon elle produit des fissures par hydrogène.
Soudage à l'arc sous gaz avec fil continu (GMAW/MIG)
Le GMAW utilise un fil-électrode continu et un gaz de protection (CO₂ ou mélange Ar/CO₂). Pour les boilermakers, ce procédé est utilisé en atelier et sur certains chantiers pour les tôles épaisses.
Paramètres :
Tension : 18 à 28 V selon l'épaisseur
Vitesse de dévidage : détermine l'intensité du courant
Gaz : CO₂ pur pour la pénétration, Ar/CO₂ (75/25) pour moins de projections
Mode de transfert : court-circuit (tôles minces), globulaire (moyenne), pulvérisation (tôles épaisses, position à plat)
Soudage à l'arc avec fil fourré (FCAW)
Le FCAW est similaire au GMAW mais utilise un fil tubulaire contenant un flux. Il offre un taux de dépôt élevé et une bonne pénétration. Deux variantes :
FCAW-G : avec gaz de protection externe (CO₂)
FCAW-S : auto-protégé, sans gaz externe — idéal pour les chantiers extérieurs venteux
Soudage à l'arc submergé (SAW)
Le SAW est utilisé pour les soudures longues et droites sur tôles épaisses (réservoirs, chaudières). L'arc est immergé sous un flux granulaire. Ce procédé est automatique ou semi-automatique et ne convient qu'en position à plat.
Avantages : taux de dépôt très élevé, aucune projection, excellente qualité métallurgique.
Préparation des joints et symboles de soudage
Types de joints
| Type de joint | Symbole | Épaisseur typique | Utilisation |
|---|
| À recouvrement | — | Toutes | Tôles minces, renforts |
| En T | — | Toutes | Raidisseurs, supports |
| Bout à bout | — | Toutes | Tuyauterie, tôles épaisses |
| D'angle | — | Toutes | Coins, cadres |
Préparation des bords
Les bords doivent être préparés selon l'épaisseur du métal :
Moins de 6 mm : bord droit, sans chanfrein
6 à 12 mm : chanfrein en V simple à 60° (angle inclus)
12 à 25 mm : chanfrein en V double ou simple avec talon de 2 à 3 mm
Plus de 25 mm : chanfrein en U ou double V pour réduire le volume de métal déposé
Jeu de racine : 2 à 3 mm pour permettre la pénétration complète. Un jeu trop faible cause un manque de fusion ; un jeu trop grand provoque des perles de soudure excessives au dos.
Symboles de soudage (norme AWS A2.4)
Le symbole de base est une flèche pointant vers le joint, avec une ligne de référence. La soudure est indiquée :
Au-dessus de la ligne : soudure de l'autre côté de la flèche
En dessous de la ligne : soudure du côté de la flèche
Triangle : soudure d'angle (filet)
V : chanfrein en V
Taille de gorge : indiquée à gauche du symbole (ex. 8 mm)
Techniques de soudage spécifiques au boilermaker
Soudage en position verticale (3G)
La technique du triangle ou du zigzag est utilisée pour monter le cordon. L'électrode est inclinée à 10-15° vers le haut. La vitesse de déplacement doit être contrôlée pour éviter que le métal en fusion ne coule.
Soudage en position au-dessus de la tête (4G)
C'est la position la plus difficile. Utilisez un courant plus faible (10-15 % de moins) et un arc court. Déplacez l'électrode en petits mouvements circulaires pour maintenir le bain de fusion petit.
Soudage de racine en tuyauterie
La racine est le premier passage qui assure la pénétration complète. Techniques :
Baguette E6010 : technique du "whipping" (léger retrait de l'arc) pour contrôler le bain
Baguette E7018 : technique du "poussé" avec un léger angle de traînée
Anneau de soutien : utilisé pour les tuyaux sous pression, mais interdit sur certains codes (voir section 4)
Soudage de réparation
Avant toute réparation :
61.Identifier le type de métal de base (analyse chimique si nécessaire)
62.Déterminer la cause de la défaillance (fissure, corrosion, fatigue)
63.Meuler la fissure jusqu'au métal sain (essai au liquide pénétrant)
64.Préchauffer selon les spécifications
65.Souder avec la procédure qualifiée (WPS)
66.Contrôler après soudage (CND)
Normes canadiennes et codes applicables
CSA W47.1 — Qualification des entreprises de soudage
Cette norme exige que les entreprises qui fabriquent ou réparent des structures en acier soudées soient qualifiées par un organisme accrédité. Elle couvre :
La qualification des procédures de soudage (WPS)
La qualification des soudeurs (WPQ)
Les responsabilités de l'entreprise (contrôle qualité, inspections)
CSA W59 — Soudage des structures en acier
Le CSA W59 est la norme de référence pour la conception, la fabrication et l'inspection des structures en acier soudées. Points clés :
Article 4.2 : exigences pour les procédures de soudage
Article 5.1 : tolérances dimensionnelles des soudures
Article 6.1 : méthodes d'essais non destructifs (END)
Tableau 5.1 : dimensions minimales des soudures d'angle selon l'épaisseur du métal
CSA B51 — Chaudières et appareils sous pression
Cette norme s'applique aux chaudières, réservoirs sous pression et tuyauteries sous pression. Elle exige :
L'utilisation de procédures qualifiées selon l'ASME Section IX
L'inspection par un inspecteur autorisé
Le marquage des appareils conformément au code
Code canadien de l'électricité, Chapitre V
Bien que ce code concerne l'électricité, il s'applique aux boilermakers pour le soudage électrique :
Règle 8-200 : exigences pour les circuits de soudage à l'arc
Règle 8-202 : protection des conducteurs de soudage
Règle 8-204 : mise à la terre des machines à souder
CSA B149.1 — Code sur le gaz naturel et le propane
S'applique aux travaux de soudage sur les canalisations de gaz. Exigences :
Article 6.4 : qualification des soudeurs pour les canalisations
Article 6.6 : essais de pression après soudage
Article 7.2 : réparation des canalisations en service
Calculs et mesures pour le soudage
Calcul de la taille d'une soudure d'angle
La gorge (throat) est la distance minimale entre la racine et la face de la soudure. Pour une soudure d'angle à 45° :
Gorge théorique = 0,707 × taille de la jambe (leg)
Exemple : jambe de 10 mm → gorge = 7,07 mm
Taille minimale de jambe selon CSA W59 :
| Épaisseur du métal de base (mm) | Jambe minimale (mm) |
|---|
| ≤ 6 | 3 |
| 6 à 12 | 5 |
| 12 à 20 | 6 |
| 20 à 38 | 8 |
| > 38 | 10 |
Calcul du volume de métal déposé
Pour une soudure en V simple de 60° sur une tôle de 12 mm :
Aire de la section = (largeur × profondeur) / 2 = (12 × tan 30° × 12) / 2 ≈ 41,6 mm²
Volume = aire × longueur de la soudure
Masse = volume × densité de l'acier (7,85 g/cm³)
Calcul de préchauffage
La température de préchauffage dépend de :
L'épaisseur du métal (plus épais = plus de préchauffage)
La composition chimique (carbone équivalent)
La température ambiante (minimum 5 °C pour l'acier au carbone)
Formule du carbone équivalent (CE) :
CE = C + (Mn/6) + (Cr + Mo + V)/5 + (Ni + Cu)/15
Si CE > 0,40 %, un préchauffage est généralement requis.
Assemblage mécanique
Boulonnage
Les assemblages boulonnés sont utilisés pour les structures démontables et les connexions critiques. Types de boulons :
Boulons ordinaires (ASTM A307) : usage général, résistance faible
Boulons à haute résistance (ASTM A325, A490) : structures, charpentes
Boulons d'ancrage : fondations, équipements lourds
Couple de serrage : doit être appliqué selon les spécifications du fabricant. Utiliser une clé dynamométrique calibrée. Le serrage peut être :
Au couple : précis mais dépend de la lubrification
À l'angle : serrage initial + rotation supplémentaire (méthode préférée pour les gros boulons)
Par méthode de tension directe : vérification par ultrasons ou extensomètre
Rivetage
Bien que moins courant, le rivetage est encore utilisé pour certaines réparations historiques et structures spécifiques. Types :
Rivets à tête ronde : usage général
Rivets à tête fraisée : surfaces planes
Rivets à tête bombée : réservoirs sous pression
Diamètre du rivet : généralement égal à 3 fois l'épaisseur de la tôle la plus mince. Le trou doit être percé 1,5 mm plus grand que le diamètre nominal du rivet à chaud.
Goujons et attaches
Les goujons soudés (stud welding) sont utilisés pour fixer des éléments isolants, des supports ou des ancrages. Le procédé utilise un pistolet à goujons avec une céramique de protection. Paramètres :
Courant : 400 à 800 A selon le diamètre
Temps : 0,1 à 0,5 seconde
Levage : 1,5 à 3 mm avant l'amorçage de l'arc
Contrôle qualité et inspection
Essais non destructifs (END)
| Méthode | Principe | Détecte | Avantages | Limites |
|---|
| Visuel (VT) | Inspection à l'œil | Défauts de surface, dimensions | Rapide, économique | Surface uniquement |
| Liquide pénétrant (PT) | Capillarité | Fissures de surface | Simple, portable | Surface uniquement |
| Magnétoscopie (MT) | Champs magnétiques | Fissures de surface et sub-surface | Rapide, sensible | Matériaux ferromagnétiques uniquement |
| Ultrasons (UT) | Propagation d'ondes | Défauts internes, épaisseurs | Profondeur de détection | Nécessite un opérateur qualifié |
| Radiographie (RT) | Rayons X ou gamma | Défauts internes | Image permanente | Risque radiologique, coûteux |
Critères d'acceptation (CSA W59)
Défauts de surface :
Fissures : inacceptables dans tous les cas
Porosité : diamètre maximal de 1,5 mm, pas plus de 4 par 25 mm de longueur
Soufflures : inacceptables si elles affleurent la surface
Manque de fusion : inacceptable
Surépaisseur : maximale de 1,5 mm au-delà de la dimension nominale
Défauts internes (selon la méthode) :
Porosité : pourcentage de surface ≤ 3 % en radiographie
Inclusions de laitier : longueur maximale de 6 mm, espacées d'au moins 50 mm
Fissures internes : inacceptables
Documentation requise
WPS (procédure de soudage) : document officiel décrivant les paramètres
PQR (rapport de qualification de la procédure) : preuve que la WPS a été testée
WPQ (qualification du soudeur) : preuve de compétence du soudeur
Rapports d'inspection : résultats des END, signatures des inspecteurs
Sécurité en soudage
Équipement de protection individuelle (EPI)
Casque de soudeur : teinte DIN 10 à 13 selon le procédé et l'intensité
Gants de soudage : cuir, manchettes longues
Vêtements : coton ignifugé, pas de fibres synthétiques
Protection respiratoire : selon les fumées (filtres P100 pour les fumées de soudage)
Protection auditive : dans les environnements bruyants
Risques spécifiques
Fumées de soudage : les fumées d'acier inoxydable contiennent du chrome hexavalent (cancérogène). Utiliser une ventilation locale.
Rayonnement UV : peut causer des brûlures oculaires (flash) et cutanées. Protéger les personnes à proximité avec des écrans.
Risque électrique : tension à vide de 80 V (SMAW) peut être mortelle. Ne jamais toucher l'électrode ou la pince avec les mains nues.
Incendie : garder un extincteur à moins de 10 mètres. Vérifier l'absence de matériaux combustibles dans un rayon de 15 mètres.
Permis de travail à chaud
Obligatoire sur la plupart des chantiers. Il doit inclure :
La localisation exacte des travaux
Les mesures de protection (écrans, extincteurs)
La durée de validité (généralement 24 heures)
La vérification des gaz (si espace clos)
Pièges à éviter
179.Confondre les électrodes : E6010 est cellulosique (pénétration profonde, racine), E7018 est basique (faible hydrogène, joints critiques). Ne jamais substituer l'une pour l'autre sans approbation.
180.Oublier le préchauffage : sur l'acier épais (> 25 mm) ou à haute résistance, un préchauffage insuffisant cause des fissures à froid. Toujours vérifier la température avec un thermomètre à contact ou une craie thermosensible.
181.Négliger le séchage des électrodes : des électrodes humides produisent des porosités et des fissures par hydrogène. Les E7018 doivent être sorties du four juste avant usage et jamais re-stockées humides.
182.Ignorer les symboles de soudage : un triangle sur la ligne de référence indique une soudure d'angle ; un V indique un chanfrein. Mal lire un symbole peut entraîner une soudure inacceptable.
183.Souder sans WPS approuvée : sur les chantiers régis par le CSA W47.1, souder sans procédure qualifiée est une infraction grave. Vérifiez toujours que la WPS est affichée ou disponible.
184.Confondre les normes : CSA W59 pour les structures, CSA B51 pour les chaudières, CSA B149.1 pour le gaz. Chaque code a ses propres exigences de qualification et d'inspection.
185.Mauvaise préparation des bords : un chanfrein trop étroit ou un jeu de racine insuffisant cause un manque de fusion. Mesurez toujours l'angle et le jeu avant de souder.
186.Oublier les contrôles après soudage : le dégazage (hydrogen bake-out) pour les aciers trempés, le traitement thermique après soudage (PWHT) pour les tôles épaisses. Ces étapes sont parfois obligatoires selon le code.
187.Utiliser un courant trop élevé : provoque des projections excessives, une surchauffe du métal et des déformations. Respectez les paramètres de la WPS.
188.Négliger la ventilation : les fumées de soudage sont dangereuses. Dans les espaces clos, utilisez un extracteur de fumées et un appareil respiratoire approprié.
Résumé
Le SMAW est le procédé principal du boilermaker ; maîtrisez les électrodes E6010 (racine) et E7018 (remplissage et finition).
Les paramètres de soudage (courant, tension, vitesse) doivent être conformes à la WPS approuvée.
La préparation des joints (chanfrein, jeu de racine, angle) détermine la qualité de la pénétration.
Les normes canadiennes CSA W47.1, CSA W59, CSA B51 et CSA B149.1 régissent la qualification, l'inspection et l'acceptation des soudures.
Les calculs de gorge, de volume et de préchauffage sont essentiels pour la conformité.
Les essais non destructifs (VT, PT, MT, UT, RT) sont utilisés selon les exigences du code et la criticité du joint.
La sécurité est primordiale : EPI, ventilation, permis de travail à chaud, et respect des procédures.
Questions d'auto-évaluation (type examen)
200.Quelle électrode utilisez-vous pour une racine en tuyauterie avec pénétration complète ?
201.Quelle est la gorge théorique d'une soudure d'angle de 8 mm de jambe ?
202.À quelle température minimale les électrodes E7018 doivent-elles être conservées ?
203.Quel code s'applique aux chaudières et appareils sous pression au Canada ?
204.Quelle méthode END détecte les défauts internes dans une soudure de 30 mm d'épaisseur ?
205.Quel est le carbone équivalent maximal avant qu'un préchauffage soit requis ?
206.Quelle est la taille minimale de jambe pour une soudure d'angle sur une tôle de 15 mm selon CSA W59 ?
207.Quel est le rayon de sécurité pour les matériaux combustibles lors d'un travail à chaud ?
Ce chapitre couvre les connaissances essentielles pour l'examen Sceau rouge en soudage et assemblage. Révisez les normes citées, pratiquez les calculs et familiarisez-vous avec les symboles de soudage avant de passer à l'examen.
